| 科学蒙难集——屡遭挫折的生物学家巴斯德 |
| 送交者: 佚名 2003年08月23日16:57:40 于 [教育学术] 发送悄悄话 |
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路易．巴斯德（L．Pasteur , 1822-1895）是19世纪世界著名的法国科学家。在五十年左右的科学生涯中，他从化学科学冲向生物科学的一个又一个领域，做出了许多重大发现和发明。而每一成果的问世，都程度不同的遭到一些人的种种反对。在不屈不找的斗争中，巴斯德将自己的成果付诸于科学中践，应用于工农业生产和医疗事业，最终战胜了反对者。 同素异构的发现和毕奥的怀疑 还在大学时代，巴斯德便开始了对化学结晶体形态和结构的研究。酒大循环酸和异酒石酸两种晶体看起来完全一样，但前者有旋光性，后者则无。造成这种差异的原因何在，化学界长期未能解决。巴斯德凭着一股“牛”劲和出色的实验才能，想碰碰这个难题。 经过一段时间细心的显微镜观察和精心实验，巴斯德发现异酒石酸原来是两种不同酒石酸晶体的混合。一种与普通酒石酸一样，结晶平面在右侧；另一种与之相反。二者的元素构成和晶体形状完全相同，但却像左右手的手套一样，不能互相重叠。巴斯德极其耐心地把两种晶体分开，分别制成溶液，比较其旋光性。结果发现，一种溶液具有左旋光性，另一种具有右旋光性；若将两者等量混合，则复原为异酒石酸，旋光性消失。巴斯德立即领悟到：同一物质可形成互相“对映”的不同晶体，造成不同的旋光性；而异酒石酸之所以不具有旋光性，是因为它含有旋光性相反的两种晶体之故。 巴斯德做出的这一发现对于认识结晶体特性和物质结构都有重大意义，立即引起了科学界的注意。包括杜马在内的许多化学家纷纷表示赞同。但是，74岁的毕奥教授却表示怀疑。 毕奥对石英、樟脑和酒石酸做过数十年研究。他曾经推测，结晶产生旋光性的原因很可能是分子中原子排列的某种不对称性造成的。但是，自从他提出这个猜测之后，几十年过去了，无论是他自己还是许许多多大大小小的权威，都没能在实验上加以证实。年仅26岁的巴斯德，一个还没毕业的大学生，居然声称在实验上发现了晶体的不对称性，他怎么能相信呢？ 毕奥的态度使巴斯德有些着急。他立即写信给从未谋面的毕奥，要求会见。毕奥同意。一天，在法国研究院，当着毕奥的面，巴斯德重复了自己的实验，并请毕奥鉴定。毕奥亲自检验了晶体的旋光性，结果与巴斯德所说的完全一样。老教授表示心服。从此，这位素不交友的老教授，便成了巴斯德的忘年之交和导师。 发酵本质的发现与李比希、贝尔纳等的反对 这要从巴斯德解决酒的变酸问题说起。 从19世纪50年代起，法国的酿酒业在世界上就享有很高的声誉。但是在生产中存在着一个麻烦问题“陈的葡萄酒容易变酸，不易保存，因而损失了几百万法郎。恰在这时，巴斯德携眷由斯特拉斯堡大学来到位于葡萄种植中心的里尔学院任教。应该城商业委员会和酿造商的要求，对酿酒一无所知的巴斯德便开始了研究酿酒发酵和变酸问题。
经过一段的观察实验，巴斯德发现：发酵母微生物在无氧条件下作用的结果；而导致酒变酸的酵素则是另一种杆棒状的微生物。他忍不住内心的激动，把这一发现告诉所认识的人。随后，他又将研究成果写成论文，在里尔科学协会宣读，并寄给了巴黎国家科学院。 从里尔调任到巴黎后，巴斯德继续进行发酵方面的研究，进一步使他坚信了发酵的生物学性质。他高兴地说：“正是我的显微镜明白告诉我，……是酵母把大麦酿成啤酒，……是酵母把葡萄发酵为酒”。 但是，世界科学界却有一些人反对巴斯德的见解。其中最有影响的是德国化家李比希。他坚持认为，糖转化为酒精这件事与酵母毫不相干，发酵必须有蛋白。 面对大人物的反对，坚信自己正确的巴斯德想：“我必须做的是完全没有蛋白的汤里培养酵母。如果在这样的汤里酵母会使糖变为酒精……那么李比希和他的理论就完蛋了”。经过几个星期的摸索，他母于找到了一种没有蛋白的酵母培养液。他发现将少量的酵母放进由蒸馏水、纯糖和酒石酸铵组成的培养液中，经过一夜的培养，便可以产生出千千万万的酵母；这些酵母能将溶液发酵为酒。做出这一发现时，巴斯德激动得泪水直流，喃喃自语：“李比希错了——蛋白不是必须的——使糖发酵的是酵母，是酵母的生长”。此后的一星期，他反复地做这一实验，结果完全相同。他还发现，给这些酵母以足够的糖，它将连续工作三个月，甚至还要久一些。 随后，巴斯德向科学界通报了这一发现。他的证据使李比希无言以对。他胜利了。 但是，围绕发酵本质的斗争并未结束。1878年，在著名生理学家贝尔纳逝世后，法国科学界的一些人又找出他的一篇未完成的著作，反对巴斯德的发酵理论。贝尔纳生前曾高度赞赏巴氏的此项理论，可是在他的遗著中却提出，是葡萄汁变为酒。为了回签亡友的指责，巴斯德又设计了一项精心的实验，证明了不与酵母接触的葡萄汁是不能变成酒的。 “微生物也母体”理论的提出和自然发生论者的抵制 千百年来，普遍流行着一种所谓“自然发生说”。该学说认为，不洁的衣物会自生蚤虱，污秽的死水会自生蚊蚋，肮脏的垃圾会自生虫蚁，粪便和腐败的尸体会自生蝇蛆。总之生物可以从它们存在的物质元素中自然发生，而没有上代，古希腊学者亚里斯多德，中世纪神学家阿奎那，甚至连17世纪的大科学家哈维和牛顿，都相信这种学说。有些过于执着的自生论者，例如17世纪的比利时化学家、医生范．赫尔蒙脱，甚至想入非非地提出了“创造大老鼠”的方法。 意大利医生雷地于1668年进行的实验以及其他一些科学家的反复验证，曾一度动摇了人们对自然发生论的信念。可是当后来发现了微生物时，很多科学家又相信至少像微生物这样“最小的”生物体总该是自生的。加罩容器中的腐肉不是长满了细菌吗！于是，微生物可能自然发生的信念又盛行起来。 巴斯德根据自己的研究实践，不相信微生物可以自然发生，认为微生物肯定必有母体。他到宣传这一理论。这下子可激怒了自生论者。他们问巴斯德：“酵母怎在地球的每一个角落里，在每一世纪的每一年里，不知道从什么地方出现，把葡萄汁酿成酒？这些从天南地北，处处把每个罐里的牛奶变酸，每瓶里的牛油变坏的小动物，来自什么地方？” 为了回答这些挑战，巴斯德重做了斯帕兰扎尼的实验。他在圆瓶里灌进一些酵母汤，把瓶颈焊封，煮沸几分钟后搁置适当时间。结果表明，瓶里并没有微生物生长。 这一试验并不能彻底驳倒自生论者。他们坐在巴斯德的书房里吵吵闹闹：“你在煮沸酵母汤时，把瓶里的空气加热了。酵母汤产生小动物所需要的是自然的空气。你不能把酵母汤和天然的未经加热的空气放在一起而不产生酵母、霉菌、杆菌或小动物！” 面对对方的指责，巴斯德冥思苦想，决心设计一种只让天然空气进入而不许其中的微生物进入的仪器。在老教授巴拉的指导下，巴斯德终于设计、制作出了符合这一要求的仪器，即著名的曲颈瓶。实验取得了完全的成功。他喜不自胜。在一个有学者、才子、艺术家争相参加的巴黎盛会上，巴斯德讲述了他的曲颈瓶试验，高声宣布：“自然发生学说，经过这简单实验的致命一击之后，绝不能再爬起来了”。 接着，巴斯德又创造性地做了一次大规模的、半公开的实验。他和助手们将煮过的装有细菌培养液的烧瓶分放在多尘的市区、巴黎天文台的地窖里和其他环境中打开。发现空气越是不洁，培养液变质就越快、越严重。这说明使培养液变质的细菌不是自生的，而是来自空气。他推测，海拔越高，空气一定越洁净，培养液受细菌的污染也越轻微。为了验证这一点，他和助手们又先后登上汝拉山区的浦佩山，爬上瑞士的勃朗峰，进行实验。结果，猜想得到了证实。 巴斯德向科学界报告了自己的实验结果。许多听众无不为他们的冒险献身所感动，为他们的证据所折服。可是坚持自然发生说的反对派仍继续起劲地谴责巴斯德，称他是“马戏团的演员、骗子和小丑”。攻击得特别凶的是博物学家布歇（Pouch-et，一译浦舍）等人。他们还采用以巴斯德之矛攻巴斯德之盾的办法，在一些瓶子里灌进干草浸液而不是酵母汤，并造成真空，赶往比利牛斯山脉的高山玛拉得塔，登上了比勃朗峰还要高出几英尺的山巅，打开瓶口。由于他们采用的是干草浸液，加之没有加热，结果在瓶中发现了微生物。借此，布歇攻击巴斯德是“以自己的瓶子作为对科学的最后通牒而惊世骇人”，要求在科学院作公开试验，而且说，如果他们的瓶子有一个打开之后而不立刻生长微生物的话，他们愿意承认错误。 公开试验那天，巴斯德应战准时在科学院委员会做了试验。可是布歇等却吓得没敢到场。于是委员会作出了赞同巴斯德意见的决定。 细菌致病理论和消毒法的问世与法国医学界的冷谈、攻击 巴斯德是一个对人民具有高度责任感的科学家。为挽救法国的酿酒业和养蚕业，他进行了大量的调查研究。从这些应用研究中，巴斯德发现了一条重大原理：在每一情况下，病都来自有毒和微生物或细菌。由此，他自然地联想到微生物和人类疾病的关系，联想到法国医院的现实。 当时， 在巴黎的产科医院里，产妇死于产褥热者高达1／19；1864年，仅在巴黎产科医院就造成300多名产妇的死亡； 产科医院被称为犯罪之家。外科手术的死亡率高达20％－30％，甚至50％－60％。 面对这样的状况，巴斯德感到自己责无旁贷。他决心迅速越过对医学无知的障碍，拯救同胞于危难之中，尽管他观手术而心悸，见尸体而惊怖，睹脓血而恶心，但仍继续深入医院，带领助手进行试验研究。结果发现，造成人类疾病的也是微生物。 在法国医学会的一次会议上，巴斯德提出了细菌致病理论。他说：“开刀的伤口暴露在千百万细菌的面前。这些细菌存在于空气中、手术医生的手上、洗涤伤口的海绵上、接触伤口的刀具上以及复盖伤口的纱布上”。在科学院的几次会议上，巴斯德还建议外科医生将他们的手术器械在火陷上烧一下再使用。对于这些，法国医学会的一些老医生们总是报以不信任的大笑，连连摇头，然后继续他们的老一套。 巴斯德的建议虽遭到了本国医学界的忽视，但却引起了英国外科医生李斯特的重视。李斯特将巴斯德的细菌致病理论运用于外科临床，实行石炭酸消毒法，取得了很大成功。 尽管如此，法国医学会的外科专家们仍然不理会李斯特的经验，照旧反对细菌致病理论。他们的理由是：“它是一个新的观念，因此，也就是一个糟糕的观念”。法国的产科医生们仍继续讲他们的错误的产褥热形成理论。 面对医学界的顽固反对，巴斯德继续宣传细菌致病学说。有一天，在科学院，一位医学会会员向同行们用有关产褥热问题的报告。当报告人一一列举可能的病因时，巴斯德从后排站了起来，当即驳斥说：“胡说八道！产褥热完全不是由你提到的那些东西引起的，医生和护士才是应该负责的人。他们把微生物从一个受感染的病人带给了另一个未受感染的病人，从而造成了很多母亲的死亡”。被激怒的演讲者以攻为守，讽刺地问：“那么请你讲一讲，你说的那种微生物又是什么样子？”于是， 巴斯德走上讲台， 在黑板上迅速地勾画出一个念珠状的图形，告诉听众：“看，这就产它的样子”。会场顿时沸腾起来。年老的医生大骂：“巴斯德是捣乱分子、客串的外行、对医学一无所知的门外汉，最好还是搞他的化学药品和瓶瓶罐罐去吧”。 尽管顽固派们继续反对细菌致病理论和蒸煮加热消毒法，但年轻的医生却逐渐地接受了巴斯德的一套新观念，并将其付诸于医疗实践，医院不再是殡仪馆的前厅了。 围绕免疫学说的斗争 从1878年起，巴斯德和他的助手们又冲向了防治牛羊炭疽病和鸡霍乱的新战场。经过三年的实验研究，巴斯德提出了他的弱毒免疫理论，并开始用疫苗防治畜禽疾病。 这一理论的提出，又一次触怒了医学界和兽医学界的顽固派。于是又展开了一场长达六年之久的惊人的激烈斗争。 一天，在医学会会议上，巴斯德谈起了自己关于免疫的发现，好心好意地告诉医生们，他证明了詹纳在天花上未能做到的一点，就是杀害动物的微生物正是保护动物不死的微生物。对巴斯德自以为比詹纳高明，老派医生们大为恼怒。八十多岁的著名外科医生儒尔士．奎茵（一译盖朗）尤其冷嘲热讽。巴斯德当即反击，斥责奎茵的一次得意手术毫无意义。于是，恼羞成怒的奎茵离开座位，对准60岁的巴斯德一拳打去。在场的其他医生连忙跑来劝阻，才制止了双方的拳斗。第二天，奎茵又向巴斯德提出决斗，妄图以拳打脚踢和头破血流来解决真理问题。巴斯德退还了他的挑战书，告诉来使：“我的职业是医病，不是杀人”。 巴斯德的免疫理论和医疗措施也触怒了兽医学界。一天，在默伦农学会，著名兽医兼兽医杂志编辑罗星约尔心怀叵测地要农会会提供经费和牛羊，让巴斯德作公天试验。，妄图借此使巴斯德身败名裂。巴斯德毫不疑心，于5月5日至6月2日在默伦的普伊勒福尔农场，与助手一起进行了公开试验。6月2日的最后结果是：接种过的一组牛羊或吃食、或跳跃，情况良好；而没有接种过的一组牛羊中22头已经死去，剩下的2头显出炭疽杆菌病特有的症状。 泰晤士报记者称：普伊勒福尔实验是一次十会十美的空前的成功。反对派被迫认输。如兽医比俄，原是一个最尖酸刻薄、主张引巴斯德上当的人。在最后一只未经接种的羊快死时，他奔向巴斯德：“巴斯德先生，用你的菌苗给我接种吧就像你对这些你曾如此神妙地救它们性命的羊一样——然后我愿让你注射最毒的毒菌！人人都必须深信这个奇妙的发现呀！” 经验与教益 如上所术，巴斯德一生做出了许多重大发现，一再遭到科学界一些人的怀疑，抵制和反对。这是为什么呢？ 首先是由于科学发现本身的革命性和科学界的保守性之间的矛盾造成的。1888年11月14日在庆祝巴斯德研究所落成大会上，会议秘书曾指出：“巴斯德先生是一位革新家”。“他对于发酵，对于极细小的微生物，对于传染病的原因，以及对于这些疾病的预防接种所做出的发现，对生物化学、兽医学和医学来说并非一般性的进展，而是完全的革命”。面对推翻旧理论的革命性发现，一些长期受旧理论熏染的科学家，当然不会接受，必然下意识地拿起旧理论向新发现进行抗争。正因为如此，其中年龄愈大、受旧理论影响愈深者，对新发现的抵制也就愈烈。例如对细菌致病理论，老年医生多半是反对者；而年轻医生则往往是拥护者，朱伯特、鲁和张伯兰等，还成了巴斯德的得力助手。当然，在革命性的发现面前，年龄大小并不是决定科学家态度的唯一因素。一般说来，科学家是尊重实验事实的。只要一个人的发现能为许多人，特别是怀疑者本人的实验所重复，怀疑者就会由怀疑变为相信、由反对转为拥护。例如毕奥态度的转变、李斯特的热烈拥护等，都是如此；而法国的博物学家们从来不做什么实验，完全以旧理论作为衡量真理和谬误的标准，因而很自然地成为新理论的反对者。 其次巴斯德在生物学方面的发现所以屡遭抵制，还因为职业专门化和科学分工造成的局限性。巴斯德原是个化学家，对生的学、医学本来一窍不通。这样，生物、医学界的人们往往把他看成外行，不相信他有解决生物、医学问题的能力。一般人也往往这样看。例如当巴斯德研究蚕病开初进不大时，蚕农们就曾抱怨说，防止蚕病的事，化学家懂吗？这是一方面。另一方面，内行们又往往把自己的研究领域看成是只共他们狩猎的围场，而将他人的进入看作是一种非法的进犯行为。对进犯者，他们当然要加以反对；进犯者的猎物当然更得不到公正的评价了。殊不知，在19世纪像巴斯德这样的化学家研究生物学问题，正是适应了学科之间相互移植和渗透的客观要求。巴斯德的成功本质上是这一客观趋势的必然结果。当时的化学已成为一门实验科学，而生物学还停留在描述性阶段，巴斯德操起化学的实验方法和工具，潜心地研究生物学问题，从而揭示出一个又一个从未见过的现象，提了一个又一个新见解，也就不足为奇了。 第三，巴斯德遭逢的怀疑和抵制往往达到激化程度，这与他的气质有很大关系。贝弗里奇曾指出：“新发现所引起的纷争有时因发现者的人品而变本加厉。作出新发现的人往往不会也不善于处理人与人之间的关系。如果他们略微圆通一些，麻烦也就少得多”。这点在巴斯德身上表现的特别明显。巴斯德具有艺术家和诗人的气质，喜欢激动。这样，在遭到他人反对时，就往往不够冷静、耐心，说出一些带有刺激性的话语。例如由于揭了博物学家不会做实验的短处，加剧了博物学家对他的反对；由于他当众斥责奎茵的外科手术，导致奎茵采取了粗野行动。而对自己，他又往往不太廉逊，或说自己的发现超过了历史上某位著名人物，或将几位德高望重的科学家对他的赞美之词引用于演讲中，发表于文章内。这也刺激了科学界的反对派。克鲁伊夫曾指出：巴斯德之所以树敌，部分原因“是由于他的怒气冲冲、鲁莽从事的挑衅神气”。 第四，巴斯德的发现受到抵制也与他的科研方法的特点有关系。巴斯德具有丰富的创造性想象力。从一个偶然的或有限的事实中，他往往便能悟出事物的真谛，做出正确的猜想。他说过：“如果有人对我说，在做出这些结论时我超越了事实，我就回答说：‘是的，我确是常常置身于不能严格证明的设想之中。但这就是我观察事物的方法”’。应当说，巴斯德的这种方法是一种成功的方法。问题在于他凭着这种方法做出的发现和猜想，在未经严格周密的实验之前，就很快通报给了科学界。这样，在证据不足的情况下，就不免引起科学界许多人的怀疑；而当他的猜想一时不能为实验所证明或失败时，倒又给反对派提供了用以攻击的弹药。 围绕巴斯德的科学发现和发明的斗争已经载入史册。巴斯德不仅为我们留下了科学遗产，也给我们留下了同反对派作斗争的经验和教训。我们要学习他的斗争精神。他说过：“一个科学家应该想到的，不是当时人们对他的辱骂和表扬，而是未来若干世纪中人们将如何讲到他”。为发展科学，他无所畏惧地向一个又一个占统治地位的陈腐观念冲击。为宣传、捍卫真理，他不屈不找地迎战形形色色的反对派。我们要学习他让事实说话的科学态度。在怀疑派、反对派面前，他总是坚持不懈地进行最巧妙的实验，并将自己的理论应用于生产实践，以事实战胜对方。同时，巴斯德也给我们留下了值得注意之点。首先，对自己的猜想和发现，应在严格验证、做到无懈可击之后再公布于众。其次，要善于处理人与人之间的关系，不应感情用事，对反派的具体实验证据要加以认真分析。这样，革命性的发现尽管仍会遭到保守派的反对和抵制，但其激烈程度可能会小一些，持续时间可能会短一些。 |
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